24KW6极变频调速同步电动机的电磁方案及控制系统的设计毕业论文.doc

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1、24KW-6极变频调速同步电动机的电磁方案及控制系统的设计 摘要这篇文章简单先介绍了同步电机的结构，类型，用途，基本技术要求，然后介绍同步电机的工作原理，其中包括同步电机的变频调速，控制系统和同步电机的运行特性。接着引出本文的正题，即电机设计，关于电机设计这一块，先介绍了下电机设计应当注意的内容，包括气隙对电机性能的影响，槽满率对电机性能的影响。其次就根据自己的课题进行电机设计。在电机设计的时候，分三个方案，其一先算出一个方案出来，然后从节省材料的角度进行优化设计第二个方案。其三从提高效率的角度进行优化设计出第三个方案。最后根据自己的设计过程，写出自己的心得体会。同时利用CAD画出电机的定子，

2、转子，以及绕组的分布图。关键词：同步电动机；设计；CADAbstractThe electromagnetic design of three-phasesynchronous motorAbstractThis article,at first, introduces the structure,the type,the utilization,the basic technique request of the synchronous motor,and then introduces the principle of the synchronous motor,including the

3、 speed controlling of the synchronous motor,the control system,and the running character of the synchronous motor.Then it leads to the point which is motor design.During this part,it first introduces something we should notice,then ,it says the department impact and slot fill factor of electrical pe

4、rformance.According to the title,I design the article .when I design,I make three steps,first,I design one programme,then I make the second programme which is advantage of the saving material,then I make the third programme which is advantage of increasing efficiency.At last,I write down what I have

5、 learn according to what I have done.At the same time,In the design process we have drawn the stator and rotor punching drawing，the arrangement of the stator winding and the harmonic winding by using AutoCADKey words: synchronous motor；design；CAD.目录目录摘要IAbstractII绪论1第一章 同步电机概论21.1 同步电机的基本特点21.2 主要类型

6、和用途21.3 主要结构部件31.4 基本技术要求31.5 同步电动机的励磁方式41.6 同步电动机的工作原理4第二章 同步电动机变频调速及其控制系统62.1 同步电动机的变频调速62.2 同步电动机的控制系统72.2.1 同步电机的矢量控制原理72.2.2 同步电机的矢量控制系统10第三章 电机设计基本理论123.1 电机设计过程和内容123.2 主要尺寸的确定123.3 电磁设计133.3.1 同步发电机的主要性能指标和额定数据133.3.2 气隙对电机性能的影响133.3.3 槽满率对电机性能的影响133.4 结构设计14第四章 电磁设计方案及计算154.1 电磁设计思路154.2 电磁

7、设计计算步骤15第五章 毕业设计结果及分析325.1 材料用量结果及分析325.2 电机损耗和效率结果及分析325.3 电磁负荷结果及分析335.4 电机参数结果及分析33第六章 AUTO CAD 绘图356.1 AUTO CAD 使用方法356.2 定子冲片图356.3 转子冲片图366.4 绕组排布图37第七章 总结38参考文献（References）39致谢40绪论同步电机主要作为发电机使用，同时也可以作为电动机使用，特别是在不要求调速的大功率生产机械中，同步电动机使用的很多。小功率电动机的应用十分广泛，如家用电器，工厂的小型机床，汽车电器，办公设备，医疗器械，计算机外设以及电动工具，儿

8、童玩具等等。目前，我国是同步电机的生产大国，尤其是小型的同步电机市场，中国占据着很大市场，同时我们要看到，电机市场的竞争相当的激烈，所以，我们必须提高生产的自动化水平，提高劳动生产率，保证产品的质量，降低生产成本以及提高新产品的研究开发。第一章 同步电机概述第一章 同步电机概论同步电机可分为同步电动机和同步发电机。同步电机可分为同步发电机和同步电动机。同步电机和异步电机在结构的主要区别是，同步电机在转子上有励磁绕组，这使得同步电机在运行时能达到同步速，故称为同步电机。同步电动机运行时的速度为同步速，与频率有着稳定的对应关系。同步电机在定子铁芯上的槽内放置导线，转子上装有磁极及励磁绕组。当直流电

9、流通过励磁绕组时，电机内就会产生磁场，如果转动转子使磁场与定子导线之间有相对运动，就会在定子导线中感应出交流电势。电势的频率为：，当电机的极对数和转速一定时、感应电势的频率也是一定的。1.1 同步电机的基本特点同步电动机与感应电机一样，也是运用电磁感应的原理的一种交流旋转电机。同步电机的转子转速和钉子电流的频率f之间，维持着不变的关系，就是：n=60f/P同步电机的主要运行方式有三种，即作为发电机、电动机和补偿机运行。1.2 主要类型和用途同步电机一般是做发电机使用，但也可用作电动机来拖动生产机械，尤其是在不要求调节转速的时候，而且是大功率的电机时，同步电动机使用就很广泛，同时可以通过改变励磁

10、电流的大小来改变电网的功率因素。同步电机一般在定子上放置电枢绕组，在转子上装了磁极，磁极上套励磁绕组。当作为发电机运行时，励磁绕组中通入直流电流，电机内产生磁场，由原动机拖动电机的转子旋转，磁场与定子导体之间有了相对运动，在定子绕组中就会感应交流电动势。交流电动势的频率f决定于极数p和转子的转速n，即f=pn/60，可以看出，当电机的频率一定时，发出的交流电动势的频率也是固定的。同步电机一般是做发电机使用，但也可用作电动机来拖动生产机械，如果作为同步电机运行时，尤其是在不要求调节转速的时候，而且是大功率的电机时，同步电动机使用就很广泛，同时可以通过改变励磁电流的大小来改变电网的功率因素。作为同

11、步补偿机，这时电机不带任何机械负载，靠调节转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率，以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目的。1.3 主要结构部件同步电机只要是由定子，转子，端盖和轴承等部件构成，其中最主要的还是定子、转子两个基本部分（1）定子定子部分由定子铁心、定子电枢绕组组成。为了减少定子铁芯的铁耗，定子铁芯是由硅钢片叠成的，叠层之间还留出通风槽。当定子铁芯的外径大于1m的时候，用膳性的硅钢片拼成一个整圆，叠装时将每片的接缝错开，在扇形片上涂上绝缘漆，以减少铁芯的涡流损耗。定子槽形根据容量和电压大小的不同而不一样。大容量高电压多用开口槽；小容量低电压多用半闭口槽。定子绕组是

12、由许多线圈联接而成，每个线圈又是由多股铜线绕制而成的。（2）转子转子的组成部分有转子铁芯与轴、转子绕组、阻尼绕组、护环和中心环组成。转子铁心与轴是用导磁性能好、机械强度高的合金刚锻造而成。绕线转子要利用滑环和电刷，1.4 基本技术要求、同步发电机铭牌额定数据同步电机的额定值有:a) 额定容量；b) 额定功率；c) 额定电压；d) 额定频率；e) 额定电流；f) 额定功率因数；g) 额定效率；h) 额定转速；i) 额定励磁电流和额定励磁电压。、主要技术指标同步发电机主要技术指标有:a) 效率：电动机输出机械功率与输入电功率之比,通常用百分数表示；b) 功率因数COS：电动机输入有效功率与视在功率

13、之比；c) 堵转电流Ik：电动机在额定电压、额定频率和转子堵住时从供电回路输入的稳态电流有效值；d) 堵转转矩Tk：动机在额定电压、额定频率和转子堵住时所产生的最小测得值；e) 最大转矩：电动机在额定电压、额定频率和运行温度下,转速不发生突降时所产生的最大转矩。1.5 同步电动机的励磁方式同步电动机有他的励磁电源，这个励磁电源装置叫做同步电动机的励磁系统同步电动机有不同的励磁方式，电机不同，可能用到的励磁系统也是不同的，但是，对于励磁系统必须是要有一定的规范，以下是一些基本要求：1）当电动机从空载运行到满载或者是过载的过程中，同步电动机的励磁系统必须动能提供可靠的稳定的励磁电流，而且尽量使能够

14、简单，有实用性。2）有的一些一步启动的电动机，他要求能重载启动，或者是自启动。启动的过程中能自动实现下面的一些功能，当转速小于0.95倍的同步转速的时候，励磁绕组能够附加短路电阻，当转速等于0.95倍的同步转速的时候，将附加电阻能够立即的清除掉。3）我们通常尽量改善电网的功率因数，于是大中型的同步电动机应该是按照功率因数不变或者是输出功率不变来进行励磁电流的调节的。4）还有很重要的的，当电网的电压不稳的时候，励磁系统应该能实行强制的励磁5）当电动机停止运行或者是非正常的停运时，励磁系统应该能快速的灭磁。目前主要的励磁系统有两类，直流发电机励磁系统和静止的整流器励磁系统。直流发电机励磁系统改变直

15、流励磁机的励磁电流就能控制同步电动机的励磁电压，进而就能控制励磁电流了。励磁调节其的用途是对励磁电流能进行调节，然后是它能运行在给定的数值之上。改变励磁的给定值的大小，就能改变励磁电流的大小，但因为直流励磁机的维护很不方便。费用较高，因此用的比较少。目前用的比较广泛的是静止整流器励磁系统，它的主电路一般而言，是采用三相桥控式整流电路。然后给同步电动机的励磁绕组提供电源。当电动机正常运行的的时候，就采用恒定电流励磁的控制方式。这样励磁电流就可以不受到电网电压波动的影响。恒定电流励磁可以调节的范围很广，这样就能够对电动机的功率因素进行很好的控制。静止整流器励磁系统具有良好的可靠性能。响应的速度也很快。因此，使用十分广。1.6 同步电动机的工作原理同步电动机的工作原理与异步电机不大一样，他的工作原理主要是根据气隙磁场和转子磁场中的磁拉力而形成的，当三相电源接通到定子三相绕组后，定子三相绕组就会产生三相电流，从而在定子上形成旋转磁势的旋转磁场。转子笼型启动绕组被旋转磁场切割，产生了启动转矩和启动电流，电机转速慢慢升高的过程中，当转速上升到0.95倍的同步转速的时候，投入励磁，产生主磁场，在气隙磁场和主磁场之间产生的同步转速距